(57)【要約】本発明に係るセンシングシステム（Ｓ）において、印加された力の位置や強さが高解像度で検出されるとともに周囲環境の像や動画が取得される。その三次元スキャニングが実行され、接触している物体の表面性状やクリープが検出される。二次元像や三次元像（ホログラム）が作成され、物理的および／化学的特徴が検出される。センシングシステム（Ｓ）は、少なくとも弾性レイヤ（１）と、弾性レイヤ（１）の下に配置されて像（Ｐ）を生成する少なくとも１つの画像源（５）と、弾性レイヤ（１）の下に配置された画像センサ（７）と、画像源（５）で生成された像（Ｐ）を弾性レイヤ（１）に伝える第１の光ファイバー束（６ａ）と、弾性レイヤ（１）または周囲環境から受け取った像を画像センサ（７）に伝える第２の光ファイバー束（６ｂ）と、画像源（５）で生成される像（Ｐ）を制御し、画像センサ（７）によって捕捉された像を画像処理技術を用いて解析し、周囲環境についてのデータを検出する制御ユニットと、画像源（５）と制御ユニットとの間におけるデータ通信用の第１のデータリンク（８）と、画像センサ（７）と制御ユニットとの間におけるデータ通信用の第２のデータリンク（９）とを有する。
2019526089.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの弾性レイヤ（１）と、
弾性レイヤ（１）の下に配置され、少なくとも１つの像（Ｐ）を生成する少なくとも１つの画像源（５）と、
弾性レイヤ（１）の下に配置された少なくとも１つの画像センサ（７）と、
一端が画像源（５）の少なくとも１つの画素とペアをなして他端が弾性レイヤ（１）に向くように配置された複数の光ファイバーケーブルを有し、画像源（５）で生成された像（Ｐ）を弾性レイヤ（１）に伝える少なくとも第１の光ファイバー束（６ａ）と、
一端が画像センサ（７）の少なくとも１つの画素とペアをなして他端が弾性レイヤ（１）に向くように配置された複数の光ファイバーケーブルを有し、弾性レイヤ（１）から受け取ったまたは周囲環境から受け取った像を画像センサ（７）に伝える少なくとも第２の光ファイバー束（６ｂ）と、
画像源（５）によって生成される像（Ｐ）を制御し、画像センサ（７）によって捕捉された像を画像処理技術を用いて解析し、周囲環境についての少なくとも１つのデータを検出する少なくとも１つの制御ユニットと、
画像源（５）と制御ユニットとの間におけるデータ通信用の少なくとも第１のデータリンク（８）と、
画像センサ（７）と制御ユニットとの間におけるデータ通信用の少なくとも第２のデータリンク（９）と、を有するセンシングシステム（Ｓ）。
【請求項２】
弾性レイヤ（１）が、周囲環境に対向する少なくとも１つの上面（２）と、第１の光ファイバー束（６ａ）と第２の光ファイバー束（６ｂ）とが接続される少なくとも１つの下面（３）を有する、請求項１に記載のセンシングシステム（Ｓ）。
【請求項３】
上面（２）が遮光性である、請求項２に記載のセンシングシステム（Ｓ）。
【請求項４】
上面（２）が光を吸収しない、請求項３に記載のセンシングシステム（Ｓ）。
【請求項５】
上面（２）が透明である、請求項２に記載のセンシングシステム（Ｓ）。
【請求項６】
画像源（５）がＬＣＤパネルの形態である、請求項１に記載のセンシングシステム（Ｓ）。
【請求項７】
第１の光ファイバー束（６ａ）に接続されていない画像源（５）の脇に配置された少なくとも１つの光源（４）を有する、請求項６に記載のセンシングシステム（Ｓ）。
【請求項８】
画像源（５）が、それぞれの画素がＲＧＢ  ＬＥＤを含んでいるパネルの形態である、請求項１に記載のセンシングシステム（Ｓ）。
【請求項９】
第１の光ファイバー束（６ａ）および第２の光ファイバー束（６ｂ）として機能し、一端が画像源（５）の少なくとも１つの画素および画像センサ（７）の１つの画素とペアをなして他端が弾性レイヤ（１）に向くように配置されている複数の光ファイバーケーブルを有する少なくとも複合光ファイバー束（６ｃ）を有する、請求項１に記載のセンシングシステム（Ｓ）。
【請求項１０】
画像源（５）と画像センサ（７）が、所定の角度で互いに向き合うように配置されている、請求項９に記載のセンシングシステム（Ｓ）。
【請求項１１】
弾性レイヤ（１）に対向する第１の光ファイバー束（６ａ）および／または第２の光ファイバー束（６ｂ）の脇に配置された少なくとも１つのレンズユニットを有する、請求項１に記載のセンシングユニット（Ｓ）。
【請求項１２】
弾性レイヤ（１）に対向する複合光ファイバー束（６ｃ）の脇に配置された少なくとも１つのレンズユニットを有する、請求項９に記載のセンシングシステム（Ｓ）。
【請求項１３】
画像センサ（７）が、特定の物理的および／または化学的な特徴を検出するための特別なセンサを有する、請求項１に記載のセンシングシステム（Ｓ）。
【請求項１４】
特別なセンサが、温度カメラセンサである、請求項１３に記載のセンシングシステム（Ｓ）。
【請求項１５】
一端が画像センサ（７）の少なくとも１つの画素とペアをなして他端が弾性レイヤ（１）から周囲環境に向かって延在する少なくとも１つの光ファイバーケーブルを有し、周囲環境から受け取った像を画像センサ（７）に伝える、少なくとも第３の光ファイバーケーブルまたはケーブル束を有する、請求項１に記載のセンシングシステム（Ｓ）。
【請求項１６】
少なくとも１つの音センサを有する、請求項１に記載のセンシングシステム（Ｓ）。
【請求項１７】
第１の光ファイバー束（６ａ）および／または第２の光ファイバー束（６ｂ）が、
複数の光ファイバーケーブルを有する第１のセクションと、
複数の光ファイバーケーブルを有する第２のセクションと、
一端が第１のセクションにおける光ファイバーケーブルそれぞれの先端に接続して他端が第２のセクションにおける光ファイバーケーブルそれぞれの先端に接続し、第１および第２のセクションにおける光ファイバーケーブルに比べて大きい直径を備え、第１のセクションにおける光ファイバーケーブルによって搬送された光を第２のセクションにおける光ファイバーケーブルに伝送するとともに、第２のセクションにおける光ファイバーケーブルによって搬送された光を第１のセクションにおける光ファイバーケーブルに伝送する、キャリア用光ファイバーケーブルと、を有する、請求項１に記載のセンシングシステム（Ｓ）。
【請求項１８】
第１の光ファイバー束（６ａ）および／または第２の光ファイバー束（６ｂ）が、キャリア用光ファイバーケーブルと第１のセクションとの間、およびキャリア用光ファイバーケーブルと第２のセクションとの間に入る少なくとも２つの光学要素を有する、請求項１７に記載のセンシングシステム（Ｓ）。
【請求項１９】
複合光ファイバー束（６ｃ）が、
複数の光ファイバーケーブルを有する第１のセクションと、
複数の光ファイバーケーブルを有する第２のセクションと、
一端が第１のセクションにおける光ファイバーケーブルそれぞれの先端に接続して他端が第２のセクションにおける光ファイバーケーブルそれぞれの先端に接続し、第１および第２のセクションにおける光ファイバーケーブルに比べて大きい直径を備え、第１のセクションにおける光ファイバーケーブルによって搬送された光を第２のセクションにおける光ファイバーケーブルに伝送するとともに、第２のセクションにおける光ファイバーケーブルによって搬送された光を第１のセクションにおける光ファイバーケーブルに伝送する、キャリア用光ファイバーケーブルと、を有する、請求項９に記載のセンシングシステム（Ｓ）。
【請求項２０】
複合光ファイバー束（６ｃ）が、キャリア用光ファイバーケーブルと第１のセクションとの間、およびキャリア用光ファイバーケーブルと第２のセクションとの間に入る少なくとも２つの光学要素を有する、請求項１９に記載のセンシングシステム（Ｓ）。
【請求項２１】
第３の光ファイバー束が、
複数の光ファイバーケーブルを有する第１のセクションと、
複数の光ファイバーケーブルを有する第２のセクションと、
一端が第１のセクションにおける光ファイバーケーブルそれぞれの先端に接続して他端が第２のセクションにおける光ファイバーケーブルそれぞれの先端に接続し、第１および第２のセクションにおける光ファイバーケーブルに比べて大きい直径を備え、第１のセクションにおける光ファイバーケーブルによって搬送された光を第２のセクションにおける光ファイバーケーブルに伝送するとともに、第２のセクションにおける光ファイバーケーブルによって搬送された光を第１のセクションにおける光ファイバーケーブルに伝送する、キャリア用光ファイバーケーブルと、を有する、請求項１５に記載のセンシングシステム（Ｓ）。
【請求項２２】
第３の光ファイバー束が、キャリア用光ファイバーケーブルと第１のセクションとの間、およびキャリア用光ファイバーケーブルと第２のセクションとの間に入る少なくとも２つの光学要素を有する、請求項２１に記載のセンシングシステム（Ｓ）。
【請求項２３】
光源（４）が、波長が可変の光を放射するように構成されている、請求項７に記載のセンシングシステム（Ｓ）。
【請求項２４】
光源（４）が、異なる周波数で点滅する光を放射するように構成されている、請求項７に記載のセンシングシステム（Ｓ）。
【請求項２５】
請求項１から２４のいずれか一項に記載のセンシングシステム（Ｓ）を有するロボットハンド（Ｒ）。
【請求項２６】
蒸気または他の濃い媒体を発生させることができる少なくとも発生源を有する、請求項２５に記載のロボットハンド（Ｒ）。
【請求項２７】
請求項９に記載のセンシングシステム（Ｓ）における光ファイバー束（６ｃ）の光ファイバーケーブルそれぞれに対してペアリングする画像源（５）の画素および画像センサ（７）の画素を決定するためのペアリングユニットであって、
弾性レイヤ（１）に対向する複合光ファイバー束（６ｃ）の光ファイバーケーブルそれぞれに対して異なる色の光を伝えるように構成されている、ペアリングユニット。
【請求項２８】
少なくとも１つの照明要素（１２）と、
照明要素（１２）によって発生した光を異なる色に変換し、異なる色の光を光ファイバーケーブルそれぞれに伝える少なくとも１つのフィルタ（１３）と、を有する、請求項２７に記載のペアリングユニット。
【請求項２９】
画像源を有する、請求項２７に記載のペアリングユニット。
【請求項３０】
少なくとも１つのカラーセンサ（１４）を有する、請求項２７に記載のペアリングユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特にロボットシステムに使用されるセンシングシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
人間にとって危険なエリア（例えば、別の惑星、地下トンネル、地下洞窟）を探査するために、探査ロボットが使用されている。探査ロボットは、搬送先のエリア内の物体を検出し、その物体の特徴を特定する様々なセンサを有する。探査ロボットに使用されるセンサの１つとして、触覚センサがある。触覚センサを使用することにより、特定の物体の存在、それによって印加される力、および圧力や剛性などのそれらのいくつかの物理的な特徴を検出することができる。
【０００３】
従来の触覚センサは、ＵＳ２０１０１５５５７９Ａ１に開示するように、弾性表面の下に配置された光源と、その表面から反射された光の量を検出する光検出素子とを有する。このような触覚センサにおいては、力が弾性表面に印加されると、その表面が光源と光検出素子に接近する。このような接近の結果、光検出素子に入射する光の量が増加する。光検出素子によって検出された光量と表面の弾力性とが、表面に印加された力の大きさを算出するために使用される。しかしながら、この形態の場合、ユニット表面の下に配置される光源の数と光検出素子の数が制限され、また、多数の光検出素子から送信されるデータの処理が煩雑である。
【０００４】
上記の問題は、ＷＯ２０１４０１１１２６Ａ１に開示されているモジュールによって解決されている。このモジュールは、光を反射するレイヤに覆われている弾性材料と、ＣＭＯＳ画像センサまたはＣＣＤ画像センサと、少なくとも１つの光源と、レイヤの下に配置されることによって該レイヤを介して周囲環境から分離された一端および光源に接続された他端とを有して光源からの光ビームをレイヤに搬送する複数の第１の光ファイバーケーブルと、レイヤの下に配置され且つ該レイヤに向かって方向付けされることによって該レイヤを介して周囲環境から分離された一端および画像センサの個々の画素と対をなすように画像センサに接続された他端とを有して該レイヤから反射された光ビーム画像センサに伝送する複数の第２の光ファイバーケーブルと、画像処理技術を用いることにより、レイヤの変位に応じて画像センサによって生成されたフォトフレームにおける第２の光ファイバーケーブルに接続されている画素それぞれの光の強度変化に基づいて印加されている個々の力それぞれを算出するプロセッサと、を備える。ＷＯ２０１４０１１１２６Ａ１に開示されているこのモジュールにおいては、弾性材料が物体に接触しているとき、弾性材料とレイヤに変形が生じる（例えば、光ファイバーケーブルに向かってレイヤが変位する）。このような変位の結果、レイヤから反射されて光ファイバーケーブルに向かう光量が変化する。このような光量の変化は、画像センサに生成されたフォトフレームにおける色の変化として検出される。プロセッサは、このフォトフレームに対して画像処理技術を適用し、そのフォトの色の変化を算出し、そして、レイヤの変位量を算出する。算出された変位量に基づいて、弾性材料に印加された力を算出する。像内の色の変化エリアによって変位エリアを示すことにより、印加された圧力が算出される。ＷＯ２０１４０１１１２６Ａ１に開示されたモジュールによって高い解像度で触覚を検出できるが、そのモジュールが接触のみを検出するために、探査ロボットに必要とされる他のセンシング機能を提供することができない。
【発明の概要】
【０００５】
本発明によれば、特にロボットシステムでの使用に適したセンシングシステムが提供される。そのセンシングシステムは、少なくとも弾性レイヤと、弾性レイヤの下に配置されて少なくとも１つの像を生成する少なくとも１つの画像源と、弾性レイヤの下に配置された少なくとも１つの画像センサと、一端が画像源の少なくとも１つのペアをなして他端が弾性レイヤに向くように配置された複数の光ファイバーケーブルを有して且つ画像源で生成された画像を弾性レイヤに伝える少なくとも第１の光ファイバー束と、一端が画像センサの少なくとも１つの画素とペアをなして他端が弾性レイヤに向くように配置された複数の光ファイバーケーブルを有して且つ弾性レイヤから受け取ったまたは周囲環境から受け取った像を画像センサに伝える少なくとも第２の光ファイバー束と、画像源によって生成される像を制御し、画像センサによって捕捉された像を画像処理技術を用いて解析し、周囲環境についての少なくとも１つのデータを検出する少なくとも１つの制御ユニットと、画像源と制御ユニットとの間におけるデータ通信用の少なくとも第１のデータリンクと、画像センサと制御ユニットとの間におけるデータ通信用の少なくとも第２のデータリンクと、を有する。
【０００６】
本発明に係るセンシングシステムにおいて、第１の光ファイバー束（または複合光ファイバー束）における光ファイバーケーブルそれぞれの先端が画像源の少なくとも１つの画素とペアをなしているため、光ファイバーケーブルそれぞれによって弾性レイヤに伝えられる光を別々に制御することができる。したがって、簡単で現実的な方法で、弾性レイヤに印加される力を検出することによって触覚が提供され、また、周囲環境をスキャンすることができる。
【発明の目的】
【０００７】
本発明の目的は、ロボットシステムでの使用に適したセンシングシステムを提供することである。
【０００８】
本発明の別の目的は、接触を検出することができるセンシングシステムを提供することである。
【０００９】
本発明の別の目的は、二次元スキャン（像の写真や映像のキャプチャリング）および三次元スキャンを実行することができるセンシングシステムを提供することである。
【００１０】
本発明の別の目的は、接触されている物体の表面性状およびクリープを検出することができるセンシングシステムを提供することである。
【００１１】
本発明の別の目的は、二次元像および三次元（ホログラム）像を生成することができるセンシングシステムを提供することである。
【００１２】
本発明のさらに別の目的は、簡単に製造されるセンシングシステムを提供することである。
【００１３】
本発明のさらに別の目的は、物理的および／または化学的特徴を検出することができるセンシングシステムを提供することである。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
本発明に係るセンシングシステムの例示的な実施の形態が添付の図面に示されている。
【図１】センシングシステムの斜視図
【図２】例示的な実施の形態のセンシングシステムの斜視図
【図３】別の例示的な実施の形態のセンシングシステムの斜視図
【図４】さらに例示的な実施の形態のセンシングシステムの斜視図
【図５】代わりの実施の形態のセンシングシステムの斜視図
【図６】ペアリング中の代わりの実施の形態のセンシングシステムの斜視図
【００１５】
図示する全ての部品にはそれぞれ符号が付されており、これらの符号に対応する用語が以下に示されている。
センシングシステム        （Ｓ）
ロボットハンド            （Ｒ）
像                        （Ｐ）
弾性レイヤ                （１）
上面                      （２）
下面                      （３）
光源                      （４）
画像源                    （５）
第１の光ファイバー束      （６ａ）
第２の光ファイバー束      （６ｂ）
複合光ファイバー束        （６ｃ）
画像センサ                （７）
第１のデータリンク        （８）
第２のデータリンク        （９）
フロア                    （１０）
物体                      （１１）
照明要素                  （１２）
フィルタ                  （１３）
カラーセンサ              （１４）
【発明を実施するための形態】
【００１６】
高度なロボット技術の場合、視覚、聴覚、触覚などの感覚は、センサシステムによって検出される。特に、人間にとって危険なエリアまたは人間には到達できないエリアの探査に使用される探査ロボットにおいては、探査エリアの特徴は、これらのセンサシステムによって正確に検出することが可能である。それゆえ、本発明により、異なるセンシング動作を実行することができるセンシングシステムを提供する。
【００１７】
本発明に係るセンシングシステム（Ｓ）は、図１〜図６に示すように、少なくとも弾性レイヤ（１）と、弾性レイヤ（１）の下に配置されて少なくとも１つの画像（Ｐ）を生成する少なくとも１つの画像源（５）と、弾性レイヤ（１）の下に配置された少なくとも１つの画像センサ（７）（例えば、ＣＣＤセンサ、ＣＭＯＳセンサなど）と、一端が画像源（５）の少なくとも１つの画素とペアをなして他端が弾性レイヤ（１）に向くように配置された複数の光ファイバーケーブルを有して画像源（５）で生成された像（Ｐ）を弾性レイヤ（１）に伝える少なくとも第１の光ファイバー束（６ａ）と、一端が画像センサ（７）の少なくとも１つの画素とペアをなして他端が弾性レイヤ（１）に向くように配置された複数の光ファイバーケーブルを有して弾性レイヤ（１）または周囲環境から受け取った像を画像センサ（７）に伝える少なくとも第２の光ファイバー束（６ｂ）と、画像源（５）によって生成される像（Ｐ）を制御し、画像センサ（７）によって捕捉された像を画像処理技術を用いて解析して周囲環境についての少なくとも１つのデータを検出する少なくとも１つの制御ユニット（図示せず）と、を有する。センシングシステム（Ｓ）はまた、画像源（５）と制御ユニットとの間におけるデータ通信用の少なくとも第１のデータリンク（８）と、画像センサ（７）と制御ユニットとの間におけるデータ通信用の少なくとも第２のデータリンク（９）と、を有する。第１のデータリンク（８）と第２のデータリンク（９）は、有線接続であってもよく、また、無線接続であってもよい。弾性レイヤ（１）は、周囲環境に対向する少なくとも１つの上面（２）と、第１の光ファイバー束（６ａ）と第２の光ファイバー束（６ｂ）とが接続される少なくとも１つの下面（３）とを有する。
【００１８】
本発明の一例の実施の形態において、上面（２）は、遮光性（不透明または反射）であって、好ましくは光を吸収しない。この実施の形態において、画像源（５）によって特定のパターンを備える像（Ｐ）は、上面（７）上にパターン（例えば、正方形のチェスボードパターン（ｓｑｕａｒｅｄ  ｃｈｅｓｓ  ｂｏａｒｄ  ｐａｔｔｅｒｎ））を発生させるために、第１の光ファイバー束（６ａ）を介して弾性レイヤ（１）に伝えられる。上面（２）に発生したパターンは第２の光ファイバー束（６ｂ）を介して画像センサ（７）に伝わり、画像センサ（７）によって像フレームが発生される。このとき、弾性レイヤ（１）に力が印加されている場合（例えば、弾性レイヤ（１）上に物体が置かれている場合）、個々の領域で弾性レイヤ（１）は、上側レイヤ（２）が下側レイヤ（３）に接近するようにへこむ。このような上側レイヤ（１）の変位の結果、上側レイヤ（２）に発生したパターンは変形する。上側レイヤ（２）に発生したパターンは画像センサ（７）に伝わるため、変形したパターンを含む像フレームが画像センサ（７）に発生する。取得した像フレームのパターンの変形の仕方を画像処理技術を用いて制御ユニットが解析することにより、下側レイヤ（３）に接近した上側レイヤ（２）の部分とその接近の程度を決定することができる。弾性レイヤ（１）に印加された力や圧力は、決定された接近の程度、へこんだ領域の面積、および弾性レイヤ（１）の弾性率に基づいて算出される。
【００１９】
本発明の別例の実施の形態において、上側レイヤ（２）は透明である（光が通過する）。この実施の形態において、画像源（５）によって特定のパターンを備える像（Ｐ）は、弾性レイヤ（１）から周囲環境に第１の光ファイバー束（６ａ）を介して伝えられる。周囲環境に伝えられた像（Ｐ）がフロア（１０）および／または物体（１１）に入射すると、フロア（１０）および／または物体（１１）の像が、像フレームを取得するために、画像センサ（７）によって捕捉される。このとき、画像源（５）によって得られる像が固定パターン（例えば、チェスボードパターン）を備えてもよいし、変化するパターンが使用されてもよい。例えば、チェスボードパターンの黒と白の四角形の位置が変化することにより、異なるパターンからの異なる像フレームが画像センサ（７）で取得されてもよい。取得した１つまたは複数の像フレームを画像処理技術を用いて制御ユニットが解析することにより、フロア（１０）および／または物体（１１）のビジュアルデータ（物体（１１）の表面パターン、全体形状など）が取得されてもよい。さらに、弾性レイヤ（１）のクリープ挙動が検出されてもよい。
【００２０】
上面（２）が透明である実施の形態において、力を印加するために物体が弾性レイヤ（１）に置かれている場合、第１の光ファイバー束（６ａ）を介して物体に伝えられた像が画像センサ（７）によって捕捉され、その捕捉された像フレームが画像処理技術を用いて制御ユニットに解析され、それにより、物体が下面（３）にどの程度近づいているのかを決定することができる。下面（３）から物体までの距離によって下面（３）から上面（２）までの距離が分かるので、下側レイヤ（３）に接近した上側レイヤ（２）の部分とその接近の程度を決定することができる。弾性レイヤ（１）に印加された力や圧力は、上側レイヤ（２）の下側レイヤ（３）への接近の程度、へこんだ領域の面積、および弾性レイヤ（１）の弾性率に基づいて算出される。
【００２１】
上側レイヤ（２）が透明である代わりの実施の形態において、画像源（５）で生成された像（Ｐ）の輝度は、弾性レイヤ（１）を明るく照らすが像（Ｐ）すなわち光が周囲環境に到達しないレベル（制限レベル）に設定される。この実施の形態において、物体が弾性レイヤ（１）に接触しているとき、弾性レイヤ（１）に接触している物体の部分が照らされる。したがって、物体によって弾性レイヤ（１）に力が印加されていなくても、物体の像が画像センサ（７）によって捕捉される。この実施の形態において、弾性レイヤ（１）のクリープ挙動が検出されてもよい。光の強度を制限レベルからある程度増加させることによってシステムに接近する前に物体が検出されてもよく、また、光の強度を制限レベルからある程度減少させることによってわずかにめり込んだ後に物体が検出されてもよい。したがって、物体を、あるしきい値を用いて検出することができる。
【００２２】
図２〜図４に示す本発明の別例の実施の形態において、本発明に係るセンシングシステム（Ｓ）は、ロボットハンド（Ｒ）に使用される。この実施の形態においては、ロボットハンド（Ｒ）において、弾性レイヤ（１）は、人の表皮を模倣している（シミュレートしている）。ロボットハンド（Ｒ）（特に指）の異なる領域に、第１の光ファイバー束（６ａ）と第２の光ファイバー束（６ｂ）とが配置されている。弾性レイヤ（１）の上面（２）が透明である実施の形態において、所望のパターンを備える像（Ｐ）が、ロボットハンド（Ｒ）の所望の位置から周囲環境に伝えられてもよい。したがって、図２に示すように、フロア（１０）がその二次元像を取得するためにスキャンされる。または、図３〜図４に示すように、物体（１１）が、その三次元像を取得するために、また、３Ｄプリンタなどの３次元生産ツールによる作製および／またはコピーに適した高精度な点群データおよび測定データを取得するためにスキャンされる。代わりの実施の形態において、周囲環境の像を、パターンまたは像（Ｐ）を周囲環境に伝えることなく、直接的に記録することが可能である。言い換えると、ロボットハンド（Ｒ）がカメラとして使用される。さらに、この実施の形態において、ロボットハンド（Ｒ）は、好ましくは、像（Ｐ）を平坦なフロア（１０）に伝えることにより、二次元プロジェクタとして使用されてもよい。代わりとして、ロボットハンド（Ｒ）は、ロボットハンド（Ｒ）の異なる位置から粒子などの媒体（例えば、水蒸気などの媒体）に像（Ｐ）を伝えることにより、三次元プロジェクタとして使用されてもよい。この実施の形態において、ロボットハンド（Ｒ）は、水蒸気などの媒体を発生させるために、蒸気または他の濃い媒体を発生することができる発生源（ｓｏｕｒｃｅ）を少なくとも有してもよい。
【００２３】
本発明の代わりの実施の形態において、センシングシステム（Ｓ）は、ロボットハンド（Ｒ）の代わりに、同様の特徴を備える手袋に設けられてもよい。したがって、手袋がユーザに装着している場合、ロボットハンド（Ｒ）によって実行されるアプリケーションが手袋によって実行されてもよい。
【００２４】
本発明の好ましい実施の形態において、画像源（５）はＬＣＤパネルの形態である。この実施の形態において、センシングシステム（Ｓ）は、第１の光ファイバー束（６ａ９に接続されていない画像源（５）の脇に配置された少なくとも１つの光源（４）を有する。この実施の形態において、ＬＣＤパネルにおけるそれぞれの画素についての色や輝度の値は、互いに独立して制御されてもよい。したがって、第１の光ファイバー束（６ａ）における光ファイバーケーブルそれぞれから弾性レイヤ（１）に伝えられる光の色や輝度が、別々に制御されてもよい。代わりの実施の形態において、画像源（５）は、それぞれの画素がＲＧＢ  ＬＥＤを含んでいるパネルの形態である。この実施の形態において、画素それぞれの色や輝度の値が、互いに独立して制御されてもよい。
【００２５】
光源（４）によって放射される光は、波長が可変でもよく（可視光、赤外線光など）、または異なる点滅周期であってもよい（例えば、一定点滅、固定の周波数での点滅、所定のオーダで変化する周波数での点滅）。したがって、センシングのためにシステムによって伝えられる光は周囲環境由来の像や他の光と区別でき、システムによって伝えられる光以外のこれらの光が誤検出を引き起こすことが抑制される。上記実施の形態において、画像センサ（７）は、使用されている光源（４）の波長（例えば、赤外線）やその周波数を検出できるもの（例えば、高周波数カメラセンサ）が選択される。
【００２６】
図５〜図６に示す本発明の別の好ましい実施の形態において、センシングシステム（Ｓ）は、少なくとも１つの複合光ファイバー束（６ｃ）を有する。この複合光ファイバー束（６ｃ）は、一端が画像源（５）の少なくとも１つの画素および画像センサ（７）の１つの画素に対してペアをなして他端が弾性レイヤ（１）に向くように配置された複数の光ファイバーケーブルを有する。言い換えると、この実施の形態においては、第１の光ファイバー束（６ａ）の役割と第２の光ファイバー束（６ｂ）の役割を、複合光ファイバー束（６ｃ）が果たす。この実施の形態において、画像源（５）と画像センサ（７）は、所定の角度（例えば、９０°）で互いに向き合うように配置されている。複合光ファイバー束（６ｃ）の先端は、画像源（５）と画像センサ（７）との間に位置する。したがって、複合光ファイバー束（６ｃ）における光ファイバーケーブルそれぞれの先端は、画像源（５）の少なくとも１つの画素および画像センサ（７）の１つの画素に対してペアをなす。言い換えると、複合光ファイバー束（６ｃ）における光ファイバーケーブルそれぞれは、画像源（５）から弾性レイヤ（１）に向かって、また弾性レイヤ（１）および／または周囲環境から画像センサ（７）に向かって、像（光ビーム）を伝えることができる。
【００２７】
センシングシステム（Ｓ）が複合光ファイバー束（６ｃ）を有する実施の形態においては、画像源（５）の画素と画像センサ（７）の画素とに対してペアをなす光ファイバーケーブルを知る必要がある。簡単で現実的な方法でセンシングシステム（Ｓ）を作製するために、本発明において、ペアリングユニットが使用される。ペアリングユニットは、弾性レイヤ（１）に対向する複合光ファイバー束（６ｃ）の光ファイバーケーブルそれぞれに対して異なる色の光を伝えるように構成されている。この機能を実現するために、ペアリングユニットは、少なくとも１つの照明要素（１２）と、照明要素（１２）によって発生した光を異なる色に変換し、異なる色の光を光ファイバーケーブルそれぞれに伝える少なくとも１つのフィルタ（１３）とを有する。代わりとして、ペアリングユニットは、ＬＣＤパネルのような画像源を有してもよい。この実施の形態において、異なる色の光が光ファイバーケーブルそれぞれによって画像センサ（７）の画素それぞれに伝えられるので、画像センサ（７）の画素とペアをなす光ファイバーケーブルを知ることができる。そのペアリング情報は、好ましくは、第１のデータ行列（一次アドレス行列）として制御ユニットに記憶される。次に、画像源（５）の画素それぞれから異なる色の光を発生させることによって生じた光は、複合光ファイバー束（６ｃ）と弾性レイヤ（１）とを介して反射される。システムに対して外部から対向するように配置されているカラーセンサ（１４）（例えば、カメラ）によって光が検出された後、画像源（５）の画素とペアをなす光ファイバーケーブルが識別される。このとき、画像センサ（７）は、カラーセンサ（１４）として使用されてもよい（画像センサ（７）を使用するために、まず、画像センサ（７）と複合光ファイバー束（６ｃ）との間の画素ペアリングが実行される）。そのペアリング情報は、好ましくは、第２のデータ行列（二次アドレス行列）として制御ユニットに記憶される。したがって、センシングシステム（Ｓ）は、光ファイバーケーブルを１つずつ別々のグループで配置することなく、簡単で現実的な方法で作製することができる。
【００２８】
本発明の別の好適な実施の形態において、センシングシステム（Ｓ）は、弾性レイヤ（１）に対向する、第１の光ファイバー束（６ａ）、第２の光ファイバー束（６ｂ）、および／または複合光ファイバー束（６ｃ）の脇に配置される少なくとも１つのレンズユニット（図示せず）を有する。このレンズユニットにより、弾性レイヤ（１）に対して、第１の光ファイバー束（６ａ）または複合光ファイバー束（６ｃ）を介して弾性レイヤ（１）に向かう画像源（５）から放射された光を、所望の角度および／または範囲で伝えることができる。したがって、画像源（５）で得られる像が、変形することなく弾性レイヤ（１）に伝えられる。同様に、レンズユニットにより、弾性レイヤ（１）から第２の光ファイバー束（６ｂ）または複合光ファイバー束（６ｃ）に光が所望の角度および／または大きさで入力される。したがって、画像センサ（７）で鮮明な像が得られる。さらに、検出精度を低下させることなく、複数の光ファイバーケーブルを小さい間隔で配置することができる。
【００２９】
本発明の別の好ましい実施の形態において、センシングシステム（Ｓ）の画像センサ（７）は、特定の物理的および／または化学的な特徴を検出するための特別なセンサを有する。例えば、画像センサ（７）が温度カメラセンサを有する場合、物体または周囲環境の温度を検出してもよい。
【００３０】
本発明の代わりの実施の形態において、センシングシステム（Ｓ）は、一端が画像センサ（７）の少なくとも１つの画素とペアをなして他端が弾性レイヤ（１）から周囲環境に向かって延在する少なくとも１つの光ファイバーケーブルを有し、周囲環境から受け取った像を画像センサ（７）に伝える、少なくとも第３の光ファイバーケーブルまたはケーブル束（図示せず）を有する。この実施の形態において、第３の光ファイバーケーブルまたはケーブル束によって周囲環境から得られた像は、直接的に画像センサ（７）に伝えられてもよい。したがって、弾性レイヤ（１）が透明ではない実施の形態において、周囲環境の像を得ることができる。さらに、これは、適当な方法で第３の光ファイバーケーブルまたはケーブル束を選択し、高出力の代わりの光源によって発生した切断および／または燃焼に適したレーザー光を周囲環境に伝えることにより、産業的な切断や燃焼だけではなく外科手術ロボットを用いた燃焼による切開や閉腹においても役に立つ。
【００３１】
本発明の別の代わりの実施の形態において、少なくとも１つの光ファイバー束（第１の光ファイバー束（６ａ）および／または第２の光ファイバー束（６ｂ）および／または第３の光ファイバー束および／または複合光ファイバー束（６ｃ））は、マルチピース束（ｍｕｌｔｉ−ｐｉｅｃｅ  ｂｕｎｄｌｅ）である。この実施の形態において、光ファイバー束は、複数の光ファイバーケーブルを含む第１のセクションと、複数の光ファイバーケーブルを含む第２のセクションと、一端が第１のセクションにおける光ファイバーケーブルそれぞれの先端に接続して他端が第２のセクションにおける光ファイバーケーブルそれぞれの先端に接続し、第１および第２のセクションにおける光ファイバーケーブルに比べて大きい直径を備えるキャリア用光ファイバーケーブルとを有する。キャリア用光ファイバーケーブルは、第１のセクションにおける光ファイバーケーブルによって搬送された光を第２のセクションにおける光ファイバーケーブルに伝送するとともに、第２のセクションにおける光ファイバーケーブルによって搬送された光を第１のセクションにおける光ファイバーケーブルに伝送する。このような方法により、光ファイバーケーブルの長さを長くしなければならない実施の形態において、多数の光ファイバーケーブルに代わって１つまたは限られた数の光ファイバーケーブル（キャリア用ファイバー）を長くするだけで十分である。キャリア用ファイバーの別の実施の形態において、そのキャリア用光ファイバーケーブルの直径は、第１および第２のセクションのものに比べて小さい。この実施の形態において、第１のセクションにおける光ファイバーケーブルそれぞれと第２のセクションにおける光ファイバーケーブルそれぞれとを正確にペアリングするために（すなわち、異なる光ファイバーケーブルからの光ビームが互いに干渉しないようにするために）、光ファイバー束は、キャリア用光ファイバーケーブルと第１のセクションとの間、およびキャリア用光ファイバーケーブルと第２のセクションとの間に入る少なくとも２つの光学要素を有する。この光学要素は、キャリア用光ファイバーケーブルを通過する光ビームの相互干渉を抑制する。
【００３２】
本発明の別の好ましい実施の形態において、センシングシステム（Ｓ）は、少なくとも１つの音センサ（例えば、マイクロフォン）を有する。この音センサは、好ましくは、弾性レイヤ（１）の下面（３）に設けられる。したがって、クリープ誘発音波が音センサによって検出され、より正確な検出が実行される。代わりの実施の形態において、複数の音センサが使用され、複数のセンサによって検出された音波が比較され、それにより、タッチ位置を正確に検出することができる。
【００３３】
本発明に係るセンシングシステム（Ｓ）において、第１の光ファイバー束（６ａ）（または複合光ファイバー束（６ｃ））における光ファイバーケーブルそれぞれの先端が画像源（５）の少なくとも１つの画素とペアをなしている場合、光ファイバーケーブルそれぞれによって弾性レイヤ（１）に伝えられる光は別々に制御されてもよい。したがって、簡単で現実的な方法で弾性レイヤ（１）に印加された力を検出することによって触感が与えられ、また周囲環境をスキャンすることができる。
【図１】
2019526089.tif 000003
【図２】
2019526089.tif 000004
【図３】
2019526089.tif 000005
【図４】
2019526089.tif 000006
【図５】
2019526089.tif 000007
【図６】
2019526089.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成30年3月1日(2018.3.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特にロボットシステムに使用されるセンシングシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
人間にとって危険なエリア（例えば、別の惑星、地下トンネル、地下洞窟）を探査するために、探査ロボットが使用されている。探査ロボットは、搬送先のエリア内の物体を検出し、その物体の特徴を特定する様々なセンサを有する。探査ロボットに使用されるセンサの１つとして、触覚センサがある。触覚センサを使用することにより、特定の物体の存在、それによって印加される力、および圧力や剛性などのそれらのいくつかの物理的な特徴を検出することができる。
【０００３】
従来の触覚センサは、ＵＳ２０１０１５５５７９Ａ１に開示するように、弾性表面の下に配置された光源と、その表面から反射された光の量を検出する光検出素子とを有する。このような触覚センサにおいては、力が弾性表面に印加されると、その表面が光源と光検出素子に接近する。このような接近の結果、光検出素子に入射する光の量が増加する。光検出素子によって検出された光量と表面の弾力性とが、表面に印加された力の大きさを算出するために使用される。しかしながら、この形態の場合、ユニット表面の下に配置される光源の数と光検出素子の数が制限され、また、多数の光検出素子から送信されるデータの処理が煩雑である。
【０００４】
上記の問題は、ＷＯ２０１４０１１１２６Ａ１に開示されているモジュールによって解決されている。このモジュールは、光を反射するレイヤに覆われている弾性材料と、ＣＭＯＳ画像センサまたはＣＣＤ画像センサと、少なくとも１つの光源と、レイヤの下に配置されることによって該レイヤを介して周囲環境から分離された一端および光源に接続された他端とを有して光源からの光ビームをレイヤに搬送する複数の第１の光ファイバーケーブルと、レイヤの下に配置され且つ該レイヤに向かって方向付けされることによって該レイヤを介して周囲環境から分離された一端および画像センサの個々の画素と対をなすように画像センサに接続された他端とを有して該レイヤから反射された光ビーム画像センサに伝送する複数の第２の光ファイバーケーブルと、画像処理技術を用いることにより、レイヤの変位に応じて画像センサによって生成されたフォトフレームにおける第２の光ファイバーケーブルに接続されている画素それぞれの光の強度変化に基づいて印加されている個々の力それぞれを算出するプロセッサと、を備える。ＷＯ２０１４０１１１２６Ａ１に開示されているこのモジュールにおいては、弾性材料が物体に接触しているとき、弾性材料とレイヤに変形が生じる（例えば、光ファイバーケーブルに向かってレイヤが変位する）。このような変位の結果、レイヤから反射されて光ファイバーケーブルに向かう光量が変化する。このような光量の変化は、画像センサに生成されたフォトフレームにおける色の変化として検出される。プロセッサは、このフォトフレームに対して画像処理技術を適用し、そのフォトの色の変化を算出し、そして、レイヤの変位量を算出する。算出された変位量に基づいて、弾性材料に印加された力を算出する。像内の色の変化エリアによって変位エリアを示すことにより、印加された圧力が算出される。ＷＯ２０１４０１１１２６Ａ１に開示されたモジュールによって高い解像度で触覚を検出できるが、そのモジュールが接触のみを検出するために、探査ロボットに必要とされる他のセンシング機能を提供することができない。
別の特許文献ＵＳ５１２７０７８Ａは、光ファイバーを用いて像を表示および受け取るための統合ディスプレイを開示している。この文献は、像を生成させる代わりのデバイスを３つ開示している。その１つは、二次元システムの光ファイバーフェースプレートであって、約半分に分割されてフェースレートから延在するファイバーを用いる。一方の半分が光を受け取るファイバーであって、残り半分が像表示のための光エミッタである。光レシーバーはビデオカメラ、フォトダイオード、または他の光レシーバーでありうる。光エミッタは、ダイオード、ＣＲＴ、または他の光エミッタでありうる。
別の特許文献ＵＳ２００２９７２３０Ａ１は、光学的グラフィックインターフェースシステムを開示している。この光学的グラフィックインターフェースシステムは、大画面ディスプレイと、検出用表面パネルと、表面パネルと通信する複数の光学的検知用ファイバーと、光学検知ファイバーのアレイと光学的に通信するフォトセンサアレイと、表面パネルと光学的に通信する複数の光学的表示用ファイバーと、イメージプロジェクタと、入力マトリックスとを有する。入力マトリックスは光学的表示用ファイバーに光学的に接続され、イメージプロジェクタは入力マトリックスと光学的表示用ファイバーとを介してイメージを表面パネルに伝送するように配置されている。
別の特許文献ＵＳ２０１３２６５２８５Ａ１は、近接センサ装置を対象とする異なる実施の形態を開示している。この近接センサ装置は、オープン端をそれぞれ備え、光を伝導するように機能するとともにオープン端がグリッドを形成するように配置された複数の光ファイバーと、対応する光ファイバーに通信接続し、対応する光ファイバーのオープン端を介して光を放射するように機能する複数の光源と、対応する光ファイバーに通信接続し、物体で反射して複数の光ファイバーの１つ以上のオープン端に進入した放射光を検出するように機能する複数の光電子センサと、を有する。
【発明の概要】
【０００５】
本発明によれば、特にロボットシステムでの使用に適したセンシングシステムが提供される。そのセンシングシステムは、少なくとも弾性レイヤと、弾性レイヤの下に配置されて少なくとも１つの像を生成する少なくとも１つの画像源と、弾性レイヤの下に配置された少なくとも１つの画像センサと、一端が画像源の少なくとも１つのペアをなして他端が弾性レイヤに向くように配置された複数の光ファイバーケーブルを有して且つ画像源で生成された画像を弾性レイヤに伝える少なくとも第１の光ファイバー束と、一端が画像センサの少なくとも１つの画素とペアをなして他端が弾性レイヤに向くように配置された複数の光ファイバーケーブルを有して且つ弾性レイヤから受け取ったまたは周囲環境から受け取った像を画像センサに伝える少なくとも第２の光ファイバー束と、画像源によって生成される像を制御し、画像センサによって捕捉された像を画像処理技術を用いて解析し、周囲環境についての少なくとも１つのデータを検出する少なくとも１つの制御ユニットと、画像源と制御ユニットとの間におけるデータ通信用の少なくとも第１のデータリンクと、画像センサと制御ユニットとの間におけるデータ通信用の少なくとも第２のデータリンクと、を有する。
【０００６】
本発明に係るセンシングシステムにおいて、第１の光ファイバー束（または複合光ファイバー束）における光ファイバーケーブルそれぞれの先端が画像源の少なくとも１つの画素とペアをなしているため、光ファイバーケーブルそれぞれによって弾性レイヤに伝えられる光を別々に制御することができる。したがって、簡単で現実的な方法で、弾性レイヤに印加される力を検出することによって触覚が提供され、また、周囲環境をスキャンすることができる。
【発明の目的】
【０００７】
本発明の目的は、ロボットシステムでの使用に適したセンシングシステムを提供することである。
【０００８】
本発明の別の目的は、接触を検出することができるセンシングシステムを提供することである。
【０００９】
本発明の別の目的は、二次元スキャン（像の写真や映像のキャプチャリング）および三次元スキャンを実行することができるセンシングシステムを提供することである。
【００１０】
本発明の別の目的は、接触されている物体の表面性状およびクリープを検出することができるセンシングシステムを提供することである。
【００１１】
本発明の別の目的は、二次元像および三次元（ホログラム）像を生成することができるセンシングシステムを提供することである。
【００１２】
本発明のさらに別の目的は、簡単に製造されるセンシングシステムを提供することである。
【００１３】
本発明のさらに別の目的は、物理的および／または化学的特徴を検出することができるセンシングシステムを提供することである。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
本発明に係るセンシングシステムの例示的な実施の形態が添付の図面に示されている。
【図１】センシングシステムの斜視図
【図２】例示的な実施の形態のセンシングシステムの斜視図
【図３】別の例示的な実施の形態のセンシングシステムの斜視図
【図４】さらに例示的な実施の形態のセンシングシステムの斜視図
【図５】代わりの実施の形態のセンシングシステムの斜視図
【図６】ペアリング中の代わりの実施の形態のセンシングシステムの斜視図
【００１５】
図示する全ての部品にはそれぞれ符号が付されており、これらの符号に対応する用語が以下に示されている。
センシングシステム        （Ｓ）
ロボットハンド            （Ｒ）
像                        （Ｐ）
弾性レイヤ                （１）
上面                      （２）
下面                      （３）
光源                      （４）
画像源                    （５）
第１の光ファイバー束      （６ａ）
第２の光ファイバー束      （６ｂ）
複合光ファイバー束        （６ｃ）
画像センサ                （７）
第１のデータリンク        （８）
第２のデータリンク        （９）
フロア                    （１０）
物体                      （１１）
照明要素                  （１２）
フィルタ                  （１３）
カラーセンサ              （１４）
【発明を実施するための形態】
【００１６】
高度なロボット技術の場合、視覚、聴覚、触覚などの感覚は、センサシステムによって検出される。特に、人間にとって危険なエリアまたは人間には到達できないエリアの探査に使用される探査ロボットにおいては、探査エリアの特徴は、これらのセンサシステムによって正確に検出することが可能である。それゆえ、本発明により、異なるセンシング動作を実行することができるセンシングシステムを提供する。
【００１７】
本発明に係るセンシングシステム（Ｓ）は、図１〜図６に示すように、少なくとも弾性レイヤ（１）と、弾性レイヤ（１）の下に配置されて少なくとも１つの画像（Ｐ）を生成する少なくとも１つの画像源（５）と、弾性レイヤ（１）の下に配置された少なくとも１つの画像センサ（７）（例えば、ＣＣＤセンサ、ＣＭＯＳセンサなど）と、一端が画像源（５）の少なくとも１つの画素とペアをなして他端が弾性レイヤ（１）に向くように配置された複数の光ファイバーケーブルを有して画像源（５）で生成された像（Ｐ）を弾性レイヤ（１）に伝える少なくとも第１の光ファイバー束（６ａ）と、一端が画像センサ（７）の少なくとも１つの画素とペアをなして他端が弾性レイヤ（１）に向くように配置された複数の光ファイバーケーブルを有して弾性レイヤ（１）または周囲環境から受け取った像を画像センサ（７）に伝える少なくとも第２の光ファイバー束（６ｂ）と、画像源（５）によって生成される像（Ｐ）を制御し、画像センサ（７）によって捕捉された像を画像処理技術を用いて解析して周囲環境についての少なくとも１つのデータを検出する少なくとも１つの制御ユニット（図示せず）と、を有する。センシングシステム（Ｓ）はまた、画像源（５）と制御ユニットとの間におけるデータ通信用の少なくとも第１のデータリンク（８）と、画像センサ（７）と制御ユニットとの間におけるデータ通信用の少なくとも第２のデータリンク（９）と、を有する。第１のデータリンク（８）と第２のデータリンク（９）は、有線接続であってもよく、また、無線接続であってもよい。弾性レイヤ（１）は、周囲環境に対向する少なくとも１つの上面（２）と、第１の光ファイバー束（６ａ）と第２の光ファイバー束（６ｂ）とが接続される少なくとも１つの下面（３）とを有する。
【００１８】
本発明の一例の実施の形態において、上面（２）は、遮光性（不透明または反射）であって、好ましくは光を吸収しない。この実施の形態において、画像源（５）によって特定のパターンを備える像（Ｐ）は、上面（７）上にパターン（例えば、正方形のチェスボードパターン（ｓｑｕａｒｅｄ  ｃｈｅｓｓ  ｂｏａｒｄ  ｐａｔｔｅｒｎ））を発生させるために、第１の光ファイバー束（６ａ）を介して弾性レイヤ（１）に伝えられる。上面（２）に発生したパターンは第２の光ファイバー束（６ｂ）を介して画像センサ（７）に伝わり、画像センサ（７）によって像フレームが発生される。このとき、弾性レイヤ（１）に力が印加されている場合（例えば、弾性レイヤ（１）上に物体が置かれている場合）、個々の領域で弾性レイヤ（１）は、上側レイヤ（２）が下側レイヤ（３）に接近するようにへこむ。このような上側レイヤ（１）の変位の結果、上側レイヤ（２）に発生したパターンは変形する。上側レイヤ（２）に発生したパターンは画像センサ（７）に伝わるため、変形したパターンを含む像フレームが画像センサ（７）に発生する。取得した像フレームのパターンの変形の仕方を画像処理技術を用いて制御ユニットが解析することにより、下側レイヤ（３）に接近した上側レイヤ（２）の部分とその接近の程度を決定することができる。弾性レイヤ（１）に印加された力や圧力は、決定された接近の程度、へこんだ領域の面積、および弾性レイヤ（１）の弾性率に基づいて算出される。
【００１９】
本発明の別例の実施の形態において、上側レイヤ（２）は透明である（光が通過する）。この実施の形態において、画像源（５）によって特定のパターンを備える像（Ｐ）は、弾性レイヤ（１）から周囲環境に第１の光ファイバー束（６ａ）を介して伝えられる。周囲環境に伝えられた像（Ｐ）がフロア（１０）および／または物体（１１）に入射すると、フロア（１０）および／または物体（１１）の像が、像フレームを取得するために、画像センサ（７）によって捕捉される。このとき、画像源（５）によって得られる像が固定パターン（例えば、チェスボードパターン）を備えてもよいし、変化するパターンが使用されてもよい。例えば、チェスボードパターンの黒と白の四角形の位置が変化することにより、異なるパターンからの異なる像フレームが画像センサ（７）で取得されてもよい。取得した１つまたは複数の像フレームを画像処理技術を用いて制御ユニットが解析することにより、フロア（１０）および／または物体（１１）のビジュアルデータ（物体（１１）の表面パターン、全体形状など）が取得されてもよい。さらに、弾性レイヤ（１）のクリープ挙動が検出されてもよい。
【００２０】
上面（２）が透明である実施の形態において、力を印加するために物体が弾性レイヤ（１）に置かれている場合、第１の光ファイバー束（６ａ）を介して物体に伝えられた像が画像センサ（７）によって捕捉され、その捕捉された像フレームが画像処理技術を用いて制御ユニットに解析され、それにより、物体が下面（３）にどの程度近づいているのかを決定することができる。下面（３）から物体までの距離によって下面（３）から上面（２）までの距離が分かるので、下側レイヤ（３）に接近した上側レイヤ（２）の部分とその接近の程度を決定することができる。弾性レイヤ（１）に印加された力や圧力は、上側レイヤ（２）の下側レイヤ（３）への接近の程度、へこんだ領域の面積、および弾性レイヤ（１）の弾性率に基づいて算出される。
【００２１】
上側レイヤ（２）が透明である代わりの実施の形態において、画像源（５）で生成された像（Ｐ）の輝度は、弾性レイヤ（１）を明るく照らすが像（Ｐ）すなわち光が周囲環境に到達しないレベル（制限レベル）に設定される。この実施の形態において、物体が弾性レイヤ（１）に接触しているとき、弾性レイヤ（１）に接触している物体の部分が照らされる。したがって、物体によって弾性レイヤ（１）に力が印加されていなくても、物体の像が画像センサ（７）によって捕捉される。この実施の形態において、弾性レイヤ（１）のクリープ挙動が検出されてもよい。光の強度を制限レベルからある程度増加させることによってシステムに接近する前に物体が検出されてもよく、また、光の強度を制限レベルからある程度減少させることによってわずかにめり込んだ後に物体が検出されてもよい。したがって、物体を、あるしきい値を用いて検出することができる。
【００２２】
図２〜図４に示す本発明の別例の実施の形態において、本発明に係るセンシングシステム（Ｓ）は、ロボットハンド（Ｒ）に使用される。この実施の形態においては、ロボットハンド（Ｒ）において、弾性レイヤ（１）は、人の表皮を模倣している（シミュレートしている）。ロボットハンド（Ｒ）（特に指）の異なる領域に、第１の光ファイバー束（６ａ）と第２の光ファイバー束（６ｂ）とが配置されている。弾性レイヤ（１）の上面（２）が透明である実施の形態において、所望のパターンを備える像（Ｐ）が、ロボットハンド（Ｒ）の所望の位置から周囲環境に伝えられてもよい。したがって、図２に示すように、フロア（１０）がその二次元像を取得するためにスキャンされる。または、図３〜図４に示すように、物体（１１）が、その三次元像を取得するために、また、３Ｄプリンタなどの３次元生産ツールによる作製および／またはコピーに適した高精度な点群データおよび測定データを取得するためにスキャンされる。代わりの実施の形態において、周囲環境の像を、パターンまたは像（Ｐ）を周囲環境に伝えることなく、直接的に記録することが可能である。言い換えると、ロボットハンド（Ｒ）がカメラとして使用される。さらに、この実施の形態において、ロボットハンド（Ｒ）は、好ましくは、像（Ｐ）を平坦なフロア（１０）に伝えることにより、二次元プロジェクタとして使用されてもよい。代わりとして、ロボットハンド（Ｒ）は、ロボットハンド（Ｒ）の異なる位置から粒子などの媒体（例えば、水蒸気などの媒体）に像（Ｐ）を伝えることにより、三次元プロジェクタとして使用されてもよい。この実施の形態において、ロボットハンド（Ｒ）は、水蒸気などの媒体を発生させるために、蒸気または他の濃い媒体を発生することができる発生源（ｓｏｕｒｃｅ）を少なくとも有してもよい。
【００２３】
本発明の代わりの実施の形態において、センシングシステム（Ｓ）は、ロボットハンド（Ｒ）の代わりに、同様の特徴を備える手袋に設けられてもよい。したがって、手袋がユーザに装着している場合、ロボットハンド（Ｒ）によって実行されるアプリケーションが手袋によって実行されてもよい。
【００２４】
本発明の好ましい実施の形態において、画像源（５）はＬＣＤパネルの形態である。この実施の形態において、センシングシステム（Ｓ）は、第１の光ファイバー束（６ａ９に接続されていない画像源（５）の脇に配置された少なくとも１つの光源（４）を有する。この実施の形態において、ＬＣＤパネルにおけるそれぞれの画素についての色や輝度の値は、互いに独立して制御されてもよい。したがって、第１の光ファイバー束（６ａ）における光ファイバーケーブルそれぞれから弾性レイヤ（１）に伝えられる光の色や輝度が、別々に制御されてもよい。代わりの実施の形態において、画像源（５）は、それぞれの画素がＲＧＢ  ＬＥＤを含んでいるパネルの形態である。この実施の形態において、画素それぞれの色や輝度の値が、互いに独立して制御されてもよい。
【００２５】
光源（４）によって放射される光は、波長が可変でもよく（可視光、赤外線光など）、または異なる点滅周期であってもよい（例えば、一定点滅、固定の周波数での点滅、所定のオーダで変化する周波数での点滅）。したがって、センシングのためにシステムによって伝えられる光は周囲環境由来の像や他の光と区別でき、システムによって伝えられる光以外のこれらの光が誤検出を引き起こすことが抑制される。上記実施の形態において、画像センサ（７）は、使用されている光源（４）の波長（例えば、赤外線）やその周波数を検出できるもの（例えば、高周波数カメラセンサ）が選択される。
【００２６】
図５〜図６に示す本発明の別の好ましい実施の形態において、センシングシステム（Ｓ）は、少なくとも１つの複合光ファイバー束（６ｃ）を有する。この複合光ファイバー束（６ｃ）は、一端が画像源（５）の少なくとも１つの画素および画像センサ（７）の１つの画素に対してペアをなして他端が弾性レイヤ（１）に向くように配置された複数の光ファイバーケーブルを有する。言い換えると、この実施の形態においては、第１の光ファイバー束（６ａ）の役割と第２の光ファイバー束（６ｂ）の役割を、複合光ファイバー束（６ｃ）が果たす。この実施の形態において、画像源（５）と画像センサ（７）は、所定の角度（例えば、９０°）で互いに向き合うように配置されている。複合光ファイバー束（６ｃ）の先端は、画像源（５）と画像センサ（７）との間に位置する。したがって、複合光ファイバー束（６ｃ）における光ファイバーケーブルそれぞれの先端は、画像源（５）の少なくとも１つの画素および画像センサ（７）の１つの画素に対してペアをなす。言い換えると、複合光ファイバー束（６ｃ）における光ファイバーケーブルそれぞれは、画像源（５）から弾性レイヤ（１）に向かって、また弾性レイヤ（１）および／または周囲環境から画像センサ（７）に向かって、像（光ビーム）を伝えることができる。
【００２７】
センシングシステム（Ｓ）が複合光ファイバー束（６ｃ）を有する実施の形態においては、画像源（５）の画素と画像センサ（７）の画素とに対してペアをなす光ファイバーケーブルを知る必要がある。簡単で現実的な方法でセンシングシステム（Ｓ）を作製するために、本発明において、ペアリングユニットが使用される。ペアリングユニットは、弾性レイヤ（１）に対向する複合光ファイバー束（６ｃ）の光ファイバーケーブルそれぞれに対して異なる色の光を伝えるように構成されている。この機能を実現するために、ペアリングユニットは、少なくとも１つの照明要素（１２）と、照明要素（１２）によって発生した光を異なる色に変換し、異なる色の光を光ファイバーケーブルそれぞれに伝える少なくとも１つのフィルタ（１３）とを有する。代わりとして、ペアリングユニットは、ＬＣＤパネルのような画像源を有してもよい。この実施の形態において、異なる色の光が光ファイバーケーブルそれぞれによって画像センサ（７）の画素それぞれに伝えられるので、画像センサ（７）の画素とペアをなす光ファイバーケーブルを知ることができる。そのペアリング情報は、好ましくは、第１のデータ行列（一次アドレス行列）として制御ユニットに記憶される。次に、画像源（５）の画素それぞれから異なる色の光を発生させることによって生じた光は、複合光ファイバー束（６ｃ）と弾性レイヤ（１）とを介して反射される。システムに対して外部から対向するように配置されているカラーセンサ（１４）（例えば、カメラ）によって光が検出された後、画像源（５）の画素とペアをなす光ファイバーケーブルが識別される。このとき、画像センサ（７）は、カラーセンサ（１４）として使用されてもよい（画像センサ（７）を使用するために、まず、画像センサ（７）と複合光ファイバー束（６ｃ）との間の画素ペアリングが実行される）。そのペアリング情報は、好ましくは、第２のデータ行列（二次アドレス行列）として制御ユニットに記憶される。したがって、センシングシステム（Ｓ）は、光ファイバーケーブルを１つずつ別々のグループで配置することなく、簡単で現実的な方法で作製することができる。
【００２８】
本発明の別の好適な実施の形態において、センシングシステム（Ｓ）は、弾性レイヤ（１）に対向する、第１の光ファイバー束（６ａ）、第２の光ファイバー束（６ｂ）、および／または複合光ファイバー束（６ｃ）の脇に配置される少なくとも１つのレンズユニット（図示せず）を有する。このレンズユニットにより、弾性レイヤ（１）に対して、第１の光ファイバー束（６ａ）または複合光ファイバー束（６ｃ）を介して弾性レイヤ（１）に向かう画像源（５）から放射された光を、所望の角度および／または範囲で伝えることができる。したがって、画像源（５）で得られる像が、変形することなく弾性レイヤ（１）に伝えられる。同様に、レンズユニットにより、弾性レイヤ（１）から第２の光ファイバー束（６ｂ）または複合光ファイバー束（６ｃ）に光が所望の角度および／または大きさで入力される。したがって、画像センサ（７）で鮮明な像が得られる。さらに、検出精度を低下させることなく、複数の光ファイバーケーブルを小さい間隔で配置することができる。
【００２９】
本発明の別の好ましい実施の形態において、センシングシステム（Ｓ）の画像センサ（７）は、特定の物理的および／または化学的な特徴を検出するための特別なセンサを有する。例えば、画像センサ（７）が温度カメラセンサを有する場合、物体または周囲環境の温度を検出してもよい。
【００３０】
本発明の代わりの実施の形態において、センシングシステム（Ｓ）は、一端が画像センサ（７）の少なくとも１つの画素とペアをなして他端が弾性レイヤ（１）から周囲環境に向かって延在する少なくとも１つの光ファイバーケーブルを有し、周囲環境から受け取った像を画像センサ（７）に伝える、少なくとも第３の光ファイバーケーブルまたはケーブル束（図示せず）を有する。この実施の形態において、第３の光ファイバーケーブルまたはケーブル束によって周囲環境から得られた像は、直接的に画像センサ（７）に伝えられてもよい。したがって、弾性レイヤ（１）が透明ではない実施の形態において、周囲環境の像を得ることができる。さらに、これは、適当な方法で第３の光ファイバーケーブルまたはケーブル束を選択し、高出力の代わりの光源によって発生した切断および／または燃焼に適したレーザー光を周囲環境に伝えることにより、産業的な切断や燃焼だけではなく外科手術ロボットを用いた燃焼による切開や閉腹においても役に立つ。
【００３１】
本発明の別の代わりの実施の形態において、少なくとも１つの光ファイバー束（第１の光ファイバー束（６ａ）および／または第２の光ファイバー束（６ｂ）および／または第３の光ファイバー束および／または複合光ファイバー束（６ｃ））は、マルチピース束（ｍｕｌｔｉ−ｐｉｅｃｅ  ｂｕｎｄｌｅ）である。この実施の形態において、光ファイバー束は、複数の光ファイバーケーブルを含む第１のセクションと、複数の光ファイバーケーブルを含む第２のセクションと、一端が第１のセクションにおける光ファイバーケーブルそれぞれの先端に接続して他端が第２のセクションにおける光ファイバーケーブルそれぞれの先端に接続し、第１および第２のセクションにおける光ファイバーケーブルに比べて大きい直径を備えるキャリア用光ファイバーケーブルとを有する。キャリア用光ファイバーケーブルは、第１のセクションにおける光ファイバーケーブルによって搬送された光を第２のセクションにおける光ファイバーケーブルに伝送するとともに、第２のセクションにおける光ファイバーケーブルによって搬送された光を第１のセクションにおける光ファイバーケーブルに伝送する。このような方法により、光ファイバーケーブルの長さを長くしなければならない実施の形態において、多数の光ファイバーケーブルに代わって１つまたは限られた数の光ファイバーケーブル（キャリア用ファイバー）を長くするだけで十分である。キャリア用ファイバーの別の実施の形態において、そのキャリア用光ファイバーケーブルの直径は、第１および第２のセクションのものに比べて小さい。この実施の形態において、第１のセクションにおける光ファイバーケーブルそれぞれと第２のセクションにおける光ファイバーケーブルそれぞれとを正確にペアリングするために（すなわち、異なる光ファイバーケーブルからの光ビームが互いに干渉しないようにするために）、光ファイバー束は、キャリア用光ファイバーケーブルと第１のセクションとの間、およびキャリア用光ファイバーケーブルと第２のセクションとの間に入る少なくとも２つの光学要素を有する。この光学要素は、キャリア用光ファイバーケーブルを通過する光ビームの相互干渉を抑制する。
【００３２】
本発明の別の好ましい実施の形態において、センシングシステム（Ｓ）は、少なくとも１つの音センサ（例えば、マイクロフォン）を有する。この音センサは、好ましくは、弾性レイヤ（１）の下面（３）に設けられる。したがって、クリープ誘発音波が音センサによって検出され、より正確な検出が実行される。代わりの実施の形態において、複数の音センサが使用され、複数のセンサによって検出された音波が比較され、それにより、タッチ位置を正確に検出することができる。
【００３３】
本発明に係るセンシングシステム（Ｓ）において、第１の光ファイバー束（６ａ）（または複合光ファイバー束（６ｃ））における光ファイバーケーブルそれぞれの先端が画像源（５）の少なくとも１つの画素とペアをなしている場合、光ファイバーケーブルそれぞれによって弾性レイヤ（１）に伝えられる光は別々に制御されてもよい。したがって、簡単で現実的な方法で弾性レイヤ（１）に印加された力を検出することによって触感が与えられ、また周囲環境をスキャンすることができる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの弾性レイヤ（１）と、
弾性レイヤ（１）の下に配置され、少なくとも１つの像（Ｐ）を生成する少なくとも１つの画像源（５）と、
弾性レイヤ（１）の下に配置された少なくとも１つの画像センサ（７）と、
一端が画像源（５）の少なくとも１つの画素とペアをなして他端が弾性レイヤ（１）に向くように配置された複数の光ファイバーケーブルを有し、画像源（５）で生成された像（Ｐ）を弾性レイヤ（１）に伝える少なくとも第１の光ファイバー束（６ａ）と、
一端が画像センサ（７）の少なくとも１つの画素とペアをなして他端が弾性レイヤ（１）に向くように配置された複数の光ファイバーケーブルを有し、弾性レイヤ（１）から受け取ったまたは周囲環境から受け取った像を画像センサ（７）に伝える少なくとも第２の光ファイバー束（６ｂ）と、
画像源（５）によって生成される像（Ｐ）を制御し、画像センサ（７）によって捕捉された像を画像処理技術を用いて解析し、周囲環境についての少なくとも１つのデータを検出する少なくとも１つの制御ユニットと、
画像源（５）と制御ユニットとの間におけるデータ通信用の少なくとも第１のデータリンク（８）と、
画像センサ（７）と制御ユニットとの間におけるデータ通信用の少なくとも第２のデータリンク（９）と、を有し、
弾性レイヤ（１）が、周囲環境に対向する少なくとも１つの上面（２）と、第１の光ファイバー束（６ａ）と第２の光ファイバー束（６ｂ）とが接続される少なくとも１つの下面（３）を有し、
上面（２）が遮光性である、センシングシステム（Ｓ）。
【請求項２】
上面（２）が光を吸収しない、請求項１に記載のセンシングシステム（Ｓ）。
【請求項３】
画像源（５）がＬＣＤパネルの形態である、請求項１に記載のセンシングシステム（Ｓ）。
【請求項４】
第１の光ファイバー束（６ａ）に接続されていない画像源（５）の脇に配置された少なくとも１つの光源（４）を有する、請求項３に記載のセンシングシステム（Ｓ）。
【請求項５】
画像源（５）が、それぞれの画素がＲＧＢ  ＬＥＤを含んでいるパネルの形態である、請求項１に記載のセンシングシステム（Ｓ）。
【請求項６】
第１の光ファイバー束（６ａ）および第２の光ファイバー束（６ｂ）として機能し、一端が画像源（５）の少なくとも１つの画素および画像センサ（７）の１つの画素とペアをなして他端が弾性レイヤ（１）に向くように配置されている複数の光ファイバーケーブルを有する少なくとも複合光ファイバー束（６ｃ）を有する、請求項１に記載のセンシングシステム（Ｓ）。
【請求項７】
画像源（５）と画像センサ（７）が、所定の角度で互いに向き合うように配置されている、請求項６に記載のセンシングシステム（Ｓ）。
【請求項８】
弾性レイヤ（１）に対向する第１の光ファイバー束（６ａ）および／または第２の光ファイバー束（６ｂ）の脇に配置された少なくとも１つのレンズユニットを有する、請求項１に記載のセンシングシステム（Ｓ）。
【請求項９】
弾性レイヤ（１）に対向する複合光ファイバー束（６ｃ）の脇に配置された少なくとも１つのレンズユニットを有する、請求項６に記載のセンシングシステム（Ｓ）。
【請求項１０】
画像センサ（７）が、温度カメラセンサを有する、請求項１に記載のセンシングシステム（Ｓ）。
【請求項１１】
一端が画像センサ（７）の少なくとも１つの画素とペアをなして他端が弾性レイヤ（１）から周囲環境に向かって延在する少なくとも１つの光ファイバーケーブルを有し、周囲環境から受け取った像を画像センサ（７）に伝える、少なくとも第３の光ファイバーケーブルまたはケーブル束を有する、請求項１に記載のセンシングシステム（Ｓ）。
【請求項１２】
少なくとも１つの音センサを有する、請求項１に記載のセンシングシステム（Ｓ）。
【請求項１３】
第１の光ファイバー束（６ａ）および／または第２の光ファイバー束（６ｂ）が、
複数の光ファイバーケーブルを有する第１のセクションと、
複数の光ファイバーケーブルを有する第２のセクションと、
一端が第１のセクションにおける光ファイバーケーブルそれぞれの先端に接続して他端が第２のセクションにおける光ファイバーケーブルそれぞれの先端に接続し、第１および第２のセクションにおける光ファイバーケーブルに比べて大きい直径を備え、第１のセクションにおける光ファイバーケーブルによって搬送された光を第２のセクションにおける光ファイバーケーブルに伝送するとともに、第２のセクションにおける光ファイバーケーブルによって搬送された光を第１のセクションにおける光ファイバーケーブルに伝送する、キャリア用光ファイバーケーブルと、を有する、請求項１に記載のセンシングシステム（Ｓ）。
【請求項１４】
第１の光ファイバー束（６ａ）および／または第２の光ファイバー束（６ｂ）が、キャリア用光ファイバーケーブルと第１のセクションとの間、およびキャリア用光ファイバーケーブルと第２のセクションとの間に入る少なくとも２つの光学要素を有する、請求項１３に記載のセンシングシステム（Ｓ）。
【請求項１５】
複合光ファイバー束（６ｃ）が、
複数の光ファイバーケーブルを有する第１のセクションと、
複数の光ファイバーケーブルを有する第２のセクションと、
一端が第１のセクションにおける光ファイバーケーブルそれぞれの先端に接続して他端が第２のセクションにおける光ファイバーケーブルそれぞれの先端に接続し、第１および第２のセクションにおける光ファイバーケーブルに比べて大きい直径を備え、第１のセクションにおける光ファイバーケーブルによって搬送された光を第２のセクションにおける光ファイバーケーブルに伝送するとともに、第２のセクションにおける光ファイバーケーブルによって搬送された光を第１のセクションにおける光ファイバーケーブルに伝送する、キャリア用光ファイバーケーブルと、を有する、請求項６に記載のセンシングシステム（Ｓ）。
【請求項１６】
複合光ファイバー束（６ｃ）が、キャリア用光ファイバーケーブルと第１のセクションとの間、およびキャリア用光ファイバーケーブルと第２のセクションとの間に入る少なくとも２つの光学要素を有する、請求項１５に記載のセンシングシステム（Ｓ）。
【請求項１７】
第３の光ファイバー束が、
複数の光ファイバーケーブルを有する第１のセクションと、
複数の光ファイバーケーブルを有する第２のセクションと、
一端が第１のセクションにおける光ファイバーケーブルそれぞれの先端に接続して他端が第２のセクションにおける光ファイバーケーブルそれぞれの先端に接続し、第１および第２のセクションにおける光ファイバーケーブルに比べて大きい直径を備え、第１のセクションにおける光ファイバーケーブルによって搬送された光を第２のセクションにおける光ファイバーケーブルに伝送するとともに、第２のセクションにおける光ファイバーケーブルによって搬送された光を第１のセクションにおける光ファイバーケーブルに伝送する、キャリア用光ファイバーケーブルと、を有する、請求項１１に記載のセンシングシステム（Ｓ）。
【請求項１８】
第３の光ファイバー束が、キャリア用光ファイバーケーブルと第１のセクションとの間、およびキャリア用光ファイバーケーブルと第２のセクションとの間に入る少なくとも２つの光学要素を有する、請求項１７に記載のセンシングシステム（Ｓ）。
【請求項１９】
光源（４）が、波長が可変の光を放射するように構成されている、請求項４に記載のセンシングシステム（Ｓ）。
【請求項２０】
光源（４）が、異なる周波数で点滅する光を放射するように構成されている、請求項４に記載のセンシングシステム（Ｓ）。
【請求項２１】
請求項１から２０のいずれか一項に記載のセンシングシステム（Ｓ）を有するロボットハンド（Ｒ）。
【請求項２２】
蒸気または他の濃い媒体を発生させることができる少なくとも発生源を有する、請求項２１に記載のロボットハンド（Ｒ）。
【請求項２３】
請求項６に記載のセンシングシステム（Ｓ）における光ファイバー束（６ｃ）の光ファイバーケーブルそれぞれに対してペアリングする画像源（５）の画素および画像センサ（７）の画素を決定するためのペアリングユニットであって、
弾性レイヤ（１）に対向する複合光ファイバー束（６ｃ）の光ファイバーケーブルそれぞれに対して異なる色の光を伝えるように構成されている、ペアリングユニット。
【請求項２４】
少なくとも１つの照明要素（１２）と、
照明要素（１２）によって発生した光を異なる色に変換し、異なる色の光を光ファイバーケーブルそれぞれに伝える少なくとも１つのフィルタ（１３）と、を有する、請求項２３に記載のペアリングユニット。
【請求項２５】
画像源を有する、請求項２３に記載のペアリングユニット。
【請求項２６】
少なくとも１つのカラーセンサ（１４）を有する、請求項２３に記載のペアリングユニット。
【請求項２７】
少なくとも１つの弾性レイヤ（１）と、
弾性レイヤ（１）の下に配置され、少なくとも１つの像（Ｐ）を生成する少なくとも１つの画像源（５）と、
弾性レイヤ（１）の下に配置された少なくとも１つの画像センサ（７）と、
一端が画像源（５）の少なくとも１つの画素とペアをなして他端が弾性レイヤ（１）に向くように配置された複数の光ファイバーケーブルを有し、画像源（５）で生成された像（Ｐ）を弾性レイヤ（１）に伝える少なくとも第１の光ファイバー束（６ａ）と、
一端が画像センサ（７）の少なくとも１つの画素とペアをなして他端が弾性レイヤ（１）に向くように配置された複数の光ファイバーケーブルを有し、弾性レイヤ（１）から受け取ったまたは周囲環境から受け取った像を画像センサ（７）に伝える少なくとも第２の光ファイバー束（６ｂ）と、
画像源（５）によって生成される像（Ｐ）を制御し、画像センサ（７）によって捕捉された像を画像処理技術を用いて解析し、周囲環境についての少なくとも１つのデータを検出する少なくとも１つの制御ユニットと、
画像源（５）と制御ユニットとの間におけるデータ通信用の少なくとも第１のデータリンク（８）と、
画像センサ（７）と制御ユニットとの間におけるデータ通信用の少なくとも第２のデータリンク（９）と、を有し、
弾性レイヤ（１）が、周囲環境に対向する少なくとも１つの上面（２）と、第１の光ファイバー束（６ａ）と第２の光ファイバー束（６ｂ）とが接続される少なくとも１つの下面（３）を有し、
上面（２）が透明であり、
制御ユニットが、弾性レイヤ（１）に載置された物体の下面（３）への接近の程度を決定し、
弾性レイヤ（１）に印加された力および圧力が、上側レイヤ（２）の下側レイヤ（３）への接近の程度、へこんだ領域の面積、および弾性レイヤ（１）の弾性率に基づいて算出される、センシングシステム（Ｓ）。
【請求項２８】
画像源（５）がＬＣＤパネルの形態である、請求項２７に記載のセンシングシステム（Ｓ）。
【請求項２９】
第１の光ファイバー束（６ａ）に接続されていない画像源（５）の脇に配置された少なくとも１つの光源（４）を有する、請求項２８に記載のセンシングシステム（Ｓ）。
【請求項３０】
画像源（５）が、それぞれの画素がＲＧＢ  ＬＥＤを含んでいるパネルの形態である、請求項２７に記載のセンシングシステム（Ｓ）。
【請求項３１】
第１の光ファイバー束（６ａ）および第２の光ファイバー束（６ｂ）として機能し、一端が画像源（５）の少なくとも１つの画素および画像センサ（７）の１つの画素とペアをなして他端が弾性レイヤ（１）に向くように配置されている複数の光ファイバーケーブルを有する少なくとも複合光ファイバー束（６ｃ）を有する、請求項２７に記載のセンシングシステム（Ｓ）。
【請求項３２】
画像源（５）と画像センサ（７）が、所定の角度で互いに向き合うように配置されている、請求項３１に記載のセンシングシステム（Ｓ）。
【請求項３３】
弾性レイヤ（１）に対向する第１の光ファイバー束（６ａ）および／または第２の光ファイバー束（６ｂ）の脇に配置された少なくとも１つのレンズユニットを有する、請求項２７に記載のセンシングシステム（Ｓ）。
【請求項３４】
弾性レイヤ（１）に対向する複合光ファイバー束（６ｃ）の脇に配置された少なくとも１つのレンズユニットを有する、請求項３１に記載のセンシングシステム（Ｓ）。
【請求項３５】
画像センサ（７）が、温度カメラセンサを有する、請求項２７に記載のセンシングシステム（Ｓ）。
【請求項３６】
一端が画像センサ（７）の少なくとも１つの画素とペアをなして他端が弾性レイヤ（１）から周囲環境に向かって延在する少なくとも１つの光ファイバーケーブルを有し、周囲環境から受け取った像を画像センサ（７）に伝える、少なくとも第３の光ファイバーケーブルまたはケーブル束を有する、請求項２７に記載のセンシングシステム（Ｓ）。
【請求項３７】
少なくとも１つの音センサを有する、請求項２７に記載のセンシングシステム（Ｓ）。
【請求項３８】
第１の光ファイバー束（６ａ）および／または第２の光ファイバー束（６ｂ）が、
複数の光ファイバーケーブルを有する第１のセクションと、
複数の光ファイバーケーブルを有する第２のセクションと、
一端が第１のセクションにおける光ファイバーケーブルそれぞれの先端に接続して他端が第２のセクションにおける光ファイバーケーブルそれぞれの先端に接続し、第１および第２のセクションにおける光ファイバーケーブルに比べて大きい直径を備え、第１のセクションにおける光ファイバーケーブルによって搬送された光を第２のセクションにおける光ファイバーケーブルに伝送するとともに、第２のセクションにおける光ファイバーケーブルによって搬送された光を第１のセクションにおける光ファイバーケーブルに伝送する、キャリア用光ファイバーケーブルと、を有する、請求項２７に記載のセンシングシステム（Ｓ）。
【請求項３９】
第１の光ファイバー束（６ａ）および／または第２の光ファイバー束（６ｂ）が、キャリア用光ファイバーケーブルと第１のセクションとの間、およびキャリア用光ファイバーケーブルと第２のセクションとの間に入る少なくとも２つの光学要素を有する、請求項３８に記載のセンシングシステム（Ｓ）。
【請求項４０】
複合光ファイバー束（６ｃ）が、
複数の光ファイバーケーブルを有する第１のセクションと、
複数の光ファイバーケーブルを有する第２のセクションと、
一端が第１のセクションにおける光ファイバーケーブルそれぞれの先端に接続して他端が第２のセクションにおける光ファイバーケーブルそれぞれの先端に接続し、第１および第２のセクションにおける光ファイバーケーブルに比べて大きい直径を備え、第１のセクションにおける光ファイバーケーブルによって搬送された光を第２のセクションにおける光ファイバーケーブルに伝送するとともに、第２のセクションにおける光ファイバーケーブルによって搬送された光を第１のセクションにおける光ファイバーケーブルに伝送する、キャリア用光ファイバーケーブルと、を有する、請求項３１に記載のセンシングシステム（Ｓ）。
【請求項４１】
複合光ファイバー束（６ｃ）が、キャリア用光ファイバーケーブルと第１のセクションとの間、およびキャリア用光ファイバーケーブルと第２のセクションとの間に入る少なくとも２つの光学要素を有する、請求項４０に記載のセンシングシステム（Ｓ）。
【請求項４２】
第３の光ファイバー束が、
複数の光ファイバーケーブルを有する第１のセクションと、
複数の光ファイバーケーブルを有する第２のセクションと、
一端が第１のセクションにおける光ファイバーケーブルそれぞれの先端に接続して他端が第２のセクションにおける光ファイバーケーブルそれぞれの先端に接続し、第１および第２のセクションにおける光ファイバーケーブルに比べて大きい直径を備え、第１のセクションにおける光ファイバーケーブルによって搬送された光を第２のセクションにおける光ファイバーケーブルに伝送するとともに、第２のセクションにおける光ファイバーケーブルによって搬送された光を第１のセクションにおける光ファイバーケーブルに伝送する、キャリア用光ファイバーケーブルと、を有する、請求項３６に記載のセンシングシステム（Ｓ）。
【請求項４３】
第３の光ファイバー束が、キャリア用光ファイバーケーブルと第１のセクションとの間、およびキャリア用光ファイバーケーブルと第２のセクションとの間に入る少なくとも２つの光学要素を有する、請求項４２に記載のセンシングシステム（Ｓ）。
【請求項４４】
光源（４）が、波長が可変の光を放射するように構成されている、請求項２９に記載のセンシングシステム（Ｓ）。
【請求項４５】
光源（４）が、異なる周波数で点滅する光を放射するように構成されている、請求項２９に記載のセンシングシステム（Ｓ）。
【請求項４６】
請求項２７から４５のいずれか一項に記載のセンシングシステム（Ｓ）を有するロボットハンド（Ｒ）。
【請求項４７】
蒸気または他の濃い媒体を発生させることができる少なくとも発生源を有する、請求項４６に記載のロボットハンド（Ｒ）。
【請求項４８】
請求項３１に記載のセンシングシステム（Ｓ）における光ファイバー束（６ｃ）の光ファイバーケーブルそれぞれに対してペアリングする画像源（５）の画素および画像センサ（７）の画素を決定するためのペアリングユニットであって、
弾性レイヤ（１）に対向する複合光ファイバー束（６ｃ）の光ファイバーケーブルそれぞれに対して異なる色の光を伝えるように構成されている、ペアリングユニット。
【請求項４９】
少なくとも１つの照明要素（１２）と、
照明要素（１２）によって発生した光を異なる色に変換し、異なる色の光を光ファイバーケーブルそれぞれに伝える少なくとも１つのフィルタ（１３）と、を有する、請求項４８に記載のペアリングユニット。
【請求項５０】
画像源を有する、請求項４８に記載のペアリングユニット。
【請求項５１】
少なくとも１つのカラーセンサ（１４）を有する、請求項４８に記載のペアリングユニット。
【国際調査報告】
2019526089.tif 000009
2019526089.tif 000010
2019526089.tif 000011
2019526089.tif 000012
2019526089.tif 000013
2019526089.tif 000014